Troisième, programme français à Montréal • Fiche de révision
Fiche de révision : trigonométrie, sinus et cosinus (Troisième)
Cette fiche de révision couvre la trigonométrie du triangle rectangle en classe de troisième du programme français, telle qu'elle est évaluée au brevet et dans les contrôles du Lycée Marie de France et du Collège Stanislas à Montréal.
Elle ne redit pas le cours, que vous avez déjà : elle dit ce qui fait perdre des points sur ce chapitre, et le geste précis qui évite chaque perte. Le fil est toujours le même : l'angle d'abord, les noms des côtés ensuite, le rapport en dernier.
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Le fil du chapitre
Adjacent et opposé ne sont pas des propriétés des côtés, ce sont des positions PAR RAPPORT À UN ANGLE. On fixe donc l'angle, on nomme les trois côtés, et seulement ensuite on choisit le rapport : presque tout ce qui se perd vient de l'ordre inverse.
•L'HYPOTÉNUSE est le côté opposé à l'angle droit. Elle ne dépend pas de l'angle choisi, et c'est toujours le plus long des trois côtés.
•Le côté ADJACENT à un angle aigu est celui qui touche cet angle sans être l'hypoténuse.
•Le côté OPPOSÉ est celui qui ne touche pas cet angle.
•Ces deux derniers noms CHANGENT quand on change d'angle : dans le même triangle, le côté adjacent à l'un des angles aigus est le côté opposé à l'autre.
•Geste imposé : entourer l'angle sur la figure, puis écrire les trois noms sur les trois côtés AVANT d'écrire la moindre fraction.
Le même triangle, deux angles marqués : le côté horizontal est adjacent à gauche et opposé à droite. Seule l'hypoténuse, celle qui fait face à l'angle droit, garde son nom dans les deux cas.
Sur une copie, une figure annotée des trois noms vaut souvent un demi-point de méthode, et elle supprime l'essentiel des erreurs de choix de rapport.
•Inconnue au NUMÉRATEUR : on multiplie. sin(70∘)=5h donne h=5×sin(70∘).
•Inconnue au DÉNOMINATEUR : on divise. cos(70∘)=d4 donne d=cos(70∘)4.
•Pour trouver un ANGLE, on utilise les touches inverses de la calculatrice, écrites cos−1, sin−1 ou tan−1 (parfois notées Arccos, Arcsin, Arctan).
À gauche, l'inconnue h est un côté de l'angle droit, au numérateur : h=5×sin(70∘). À droite, l'inconnue d est l'hypoténuse, au dénominateur : d=cos(70∘)4.
Écrire l'égalité complète cos(x)=…… AVANT de transformer rapporte le point de méthode même si le calcul final se trompe.
Les contrôles qui se font de tête
•Pour un angle aigu, 0<cos(x)<1 et 0<sin(x)<1 : une valeur supérieure à 1 vient d'une fraction renversée.
•Quand l'angle grandit, le sinus AUGMENTE et le cosinus DIMINUE.
•Les deux angles aigus d'un triangle rectangle sont complémentaires : leur somme vaut 90∘, et cos(x)=sin(90∘−x).
•Relation issue de Pythagore : cos2(x)+sin2(x)=1.
•Valeurs à savoir reconstruire : cos(60∘)=sin(30∘)=21, cos(30∘)=sin(60∘)=23, cos(45∘)=sin(45∘)=22.
Même hypoténuse 1 : de 25∘ (bleu) à 60∘ (orange), le côté opposé, qui vaut le sinus, s'allonge, et le côté adjacent, qui vaut le cosinus, raccourcit.
Pente et angle d'élévation
•Une pente de p % monte de p m quand on avance de 100 m à l'HORIZONTALE : tan(x)=100p, où x est l'angle avec l'horizontale.
•Une pente de 12 % donne tan(x)=0,12, donc x=tan−1(0,12)≈6,8∘.
•Une pente de 100 % monte autant qu'elle avance : son angle vaut 45∘, pas 90∘.
•Un angle d'élévation se mesure depuis l'horizontale de l'œil, jamais depuis la verticale.
Les deux routes avancent de 100 m à l'horizontale ; celle de 12 % monte de 12 m (angle 6,8∘), celle de 100 % monte de 100 m (angle 45∘).
Les 100 m d'une pente se comptent à l'horizontale : la longueur de route, elle, est l'hypoténuse, un peu plus longue.
Les pièges qui coûtent des points
Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.
1.Nommer les côtés avant d'avoir fixé l'angle
toute la question, car le mauvais rapport donne un résultat faux dès la première ligne
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Le côté horizontal, c'est l'adjacent. »
Ce qu'il faut écrire
« Par rapport à l'angle marqué en B, le côté horizontal est l'adjacent ; par rapport à l'angle en C, c'est l'opposé. »
Le côté horizontal [AB] ne touche pas l'angle marqué en C : c'est son côté OPPOSÉ. « Horizontal » n'est pas un nom de côté.
Pourquoi : Adjacent et opposé sont des positions RELATIVES à un angle, pas des noms propres de côtés. Seule l'hypoténuse a un nom absolu.
2.Prendre le côté horizontal du bas pour l'hypoténuse
3 points, et un résultat plus grand que l'hypoténuse, ce qui est impossible
Ce qu'il ne faut pas écrire
« L'hypoténuse est le côté du bas, celui sur lequel le triangle est posé. »
Ce qu'il faut écrire
« L'hypoténuse est le côté OPPOSÉ à l'angle droit. Ici l'angle droit est en haut à droite, donc l'hypoténuse est l'oblique. »
L'angle droit est en bas à droite, donc l'hypoténuse est l'oblique et non le côté horizontal, qui n'est ici qu'un côté adjacent.
Pourquoi : L'orientation du dessin ne décide de rien. Le seul repère fiable est le petit carré de l'angle droit : l'hypoténuse est le côté qui lui fait face.
3.Multiplier là où il fallait diviser
2 points, et un résultat huit fois trop petit
Ce qu'il ne faut pas écrire
« cos(70∘)=d4, donc d=4×cos(70∘)≈1,4. »
Ce qu'il faut écrire
« cos(70∘)=d4, donc d=cos(70∘)4≈11,7. »
L'hypoténuse est le plus long côté : elle dépasse forcément l'adjacent 4. 1,4 est trop court, d≈11,7 convient.
Pourquoi : L'inconnue était au DÉNOMINATEUR : on la fait remonter en divisant. Contrôle immédiat : d est ici l'hypoténuse, elle doit être plus GRANDE que 4.
4.Laisser la calculatrice en radians
2 points à chaque question, et souvent tout l'exercice
Ce qu'il ne faut pas écrire
« sin(70)=0,77, donc la hauteur vaut 3,9 m. »
Ce qu'il faut écrire
« Calculatrice en mode degrés : sin(70∘)≈0,94, donc la hauteur vaut environ 4,7 m. »
Pourquoi : En radians, 70 n'est plus un angle de triangle mais plus de onze tours : le résultat n'a aucun rapport. Un résultat négatif ou aberrant vient presque toujours de là.
5.Accepter un cosinus supérieur à 1
2 points, et la calculatrice affiche une erreur que beaucoup recopient
Ce qu'il ne faut pas écrire
« cos(x)=45=1,25, donc x≈… »
Ce qu'il faut écrire
« cos(x) ne peut pas dépasser 1 : j'ai renversé la fraction, c'est cos(x)=54=0,8 et x≈36,9∘. »
L'adjacent (4) est toujours plus court que l'hypoténuse (5) : cos(x)=54<1. Un rapport supérieur à 1 trahit une fraction renversée.
Pourquoi : L'adjacent et l'opposé sont toujours plus courts que l'hypoténuse, donc le quotient est toujours entre 0 et 1. Une valeur au-dessus de 1 signale un dénominateur qui n'est pas l'hypoténuse.
6.Appliquer la trigonométrie dans un triangle qui n'est pas rectangle
toute la question, car la formule ne s'applique pas
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Dans le triangle ABC, cos(A)=ACAB. »
Ce qu'il faut écrire
« Le triangle ABC n'est pas rectangle : je trace d'abord la hauteur pour créer un triangle rectangle, ou j'utilise une autre propriété. »
ABC n'a pas d'angle droit : cos(B) n'y est pas un quotient de côtés. La hauteur [AH] (en vert) crée le triangle ABH, rectangle en H, où le cosinus s'applique.
Pourquoi : Les trois rapports ne sont définis que dans un triangle RECTANGLE. Sans angle droit, aucune des trois formules n'a de sens, et le correcteur le voit à la première ligne.
7.Arrondir en cours de calcul
1 point de précision, et parfois la réponse hors de la tolérance du barème
Ce qu'il ne faut pas écrire
« cos(70∘)≈0,3, donc d=5×0,3=1,5 m. »
Ce qu'il faut écrire
« Je garde la valeur exacte dans la calculatrice : d=5×cos(70∘)≈1,71 m, arrondi seulement à la fin. »
Pourquoi : Un arrondi à un chiffre en cours de route se propage et peut décaler la réponse de plusieurs dixièmes. On n'arrondit qu'à la dernière ligne, à la précision demandée.
8.Confondre l'angle cherché et son complémentaire
1 point, et une figure incohérente
Ce qu'il ne faut pas écrire
« J'ai trouvé B≈53∘, donc C≈53∘ aussi. »
Ce qu'il faut écrire
« Les deux angles aigus sont complémentaires : C=90∘−53∘=37∘. »
Les deux angles aigus se partagent 90∘ : 53∘ en B, donc 37∘ en C. Le plus grand angle fait face au plus grand côté de l'angle droit.
Pourquoi : La somme des angles d'un triangle vaut 180∘ et l'un d'eux vaut déjà 90∘ : il ne reste donc que 90∘ à partager entre les deux autres.
9.Utiliser la touche cos là où il faut la touche inverse
2 points, et une réponse qui n'est pas un angle
Ce qu'il ne faut pas écrire
« cos(x)=0,8, donc x=cos(0,8)≈0,99. »
Ce qu'il faut écrire
« cos(x)=0,8, donc x=cos−1(0,8)≈36,9∘. »
Pourquoi : La touche cos transforme un angle en un rapport ; la touche inverse fait le trajet contraire. Contrôle immédiat : la réponse à une question d'angle doit porter le symbole des degrés.
Quelle méthode choisir
Quel rapport choisir ?
Après avoir fixé l'angle et nommé les trois côtés, regarder QUELS DEUX côtés apparaissent dans la question, le connu et le cherché.
Les deux côtés en jeu (en bleu) décident : adjacent et hypoténuse, cosinus ; opposé et hypoténuse, sinus ; opposé et adjacent, tangente. Le côté en pointillé ne sert pas.
Si adjacent et hypoténuse → COSINUS
Exemple : cos(70∘)=5d
Si opposé et hypoténuse → SINUS
Exemple : sin(70∘)=5h
Si opposé et adjacent, sans l'hypoténuse → TANGENTE
Exemple : tan(70∘)=dh
c'est le seul rapport qui n'utilise pas l'hypoténuse
Si les trois côtés sont en jeu, ou l'énoncé donne deux côtés et demande le troisième → PYTHAGORE, pas la trigonométrie
Exemple : 32+42=52
aucun angle n'intervient, donc aucun rapport n'est nécessaire
Si le triangle n'est pas rectangle, aucune branche ne s'applique : il faut d'abord tracer une hauteur pour fabriquer un triangle rectangle.
Longueur ou angle : quelle touche, quel geste ?
Regarder ce que la question demande de trouver.
Si une LONGUEUR au numérateur du rapport → multiplier par l'hypoténuse ou par l'adjacent
Exemple : h=5×sin(70∘)≈4,7
Si une LONGUEUR au dénominateur du rapport → diviser par la valeur du rapport
Exemple : d=cos(70∘)4≈11,7
le résultat doit être plus grand que le numérateur
Si un ANGLE, et deux longueurs connues → calculer le rapport, puis appuyer sur la touche INVERSE
Exemple : cos(x)=0,8 donne x=cos−1(0,8)≈36,9∘
Si le SECOND angle aigu, le premier étant connu → soustraire à 90∘, sans aucune touche de trigonométrie
Exemple : 90∘−53∘=37∘
Dans tous les cas, la calculatrice doit afficher DEG. Une vérification en début d'épreuve coûte trois secondes et sauve l'exercice entier.
La rédaction attendue
Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.
Calculer une longueur avec un rapport trigonométrique
Quand l'utiliser : Le triangle est rectangle, l'énoncé donne un angle aigu et une longueur, et demande une autre longueur.
1Citer le triangle et son angle droit : « le triangle ABC est rectangle en A ».
2Nommer les côtés par rapport à l'angle utilisé : « par rapport à l'angle B, [AC] est le côté opposé et [BC] est l'hypoténuse ».
3Écrire l'égalité complète AVANT tout calcul : sin(B)=BCAC.
4Remplacer par les valeurs, puis isoler l'inconnue : sin(70∘)=5AC donc AC=5×sin(70∘).
5Calculer sans arrondir en cours de route, puis arrondir à la précision demandée, avec l'unité.
Phrase de conclusion
« Dans le triangle ABC rectangle en A, AC=5×sin(70∘)≈4,7 m, arrondi au dixième. »
Le piège : Sauter l'étape de nommage des côtés : c'est pourtant elle qui justifie le choix du rapport, et elle vaut un point à elle seule.
Barème : 0,5 point pour le rappel du triangle rectangle, 1 point pour le rapport correctement choisi et écrit, 1 point pour le calcul, 0,5 point pour l'arrondi et l'unité.
Calculer un angle à partir de deux longueurs
Quand l'utiliser : L'énoncé donne deux côtés d'un triangle rectangle et demande la mesure d'un angle aigu.
1Rappeler l'angle droit, puis nommer les deux côtés donnés par rapport à l'angle cherché.
2Choisir le rapport correspondant et l'écrire en entier : cos(B)=BCAB=54.
3Vérifier que le rapport obtenu est bien compris entre 0 et 1.
4Appliquer la touche inverse de la calculatrice, en mode degrés : B=cos−1(0,8).
5Arrondir à la précision demandée et écrire le symbole des degrés.
Phrase de conclusion
« Dans le triangle ABC rectangle en A, cos(B)=54=0,8, donc B≈36,9∘, arrondi au dixième de degré. »
Le piège : Oublier le symbole des degrés dans la réponse : sans lui, le correcteur ne peut pas distinguer un angle d'un rapport, et le point de conclusion tombe.
Barème : 1 point pour le rapport, 1 point pour la touche inverse et le calcul, 0,5 point pour l'arrondi et l'unité.
Vérifier avant de rendre
Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.
L'hypoténuse est la plus longue
Comparer le résultat trouvé aux longueurs déjà connues : une hypoténuse plus courte qu'un côté de l'angle droit est impossible.
Trouver d=1,4 alors que d est l'hypoténuse d'un triangle dont un côté mesure 4 : la division et la multiplication ont été échangées.
Le rapport est entre 0 et 1
Avant d'appuyer sur la touche inverse, regarder le quotient obtenu. S'il dépasse 1, la fraction est renversée.
45=1,25 n'est le cosinus d'aucun angle ; 54=0,8 l'est.
Le mode de la calculatrice
Vérifier que l'écran affiche DEG et non RAD. Test de contrôle en trois secondes : sin(30∘) doit afficher exactement 0,5.
Si l'écran affiche −0,988 pour sin(30), la calculatrice est en radians et tous les résultats de l'exercice sont faux.
Le contrôle par Pythagore
Une fois les deux côtés de l'angle droit connus, vérifier que la somme de leurs carrés redonne le carré de l'hypoténuse.
4,702+1,712=22,09+2,92=25,01, très proche de 52=25 : les deux longueurs sont cohérentes.
Le sens de variation
Un angle plus grand doit donner un sinus plus grand et un cosinus plus petit. Comparer deux résultats de l'exercice suffit à repérer une inversion.
Trouver un sinus de 0,94 pour 20∘ et de 0,34 pour 70∘ signale que les deux angles ont été échangés.
L'exercice type décortiqué
L'échelle appuyée contre le mur
Une échelle de 5 m est appuyée contre un mur vertical. Elle forme un angle de 70∘ avec le sol horizontal.
1. À quelle hauteur l'échelle touche-t-elle le mur ?
2. À quelle distance du mur se trouve son pied ?
3. Quel angle l'échelle forme-t-elle avec le mur ?
Le mur, le sol et l'échelle forment un triangle rectangle dont l'hypoténuse est l'échelle : c'est elle qui mesure 5 m, et les deux inconnues sont les côtés de l'angle droit.
Étape 1
Le mur est vertical et le sol horizontal, donc le triangle est rectangle au pied du mur. Par rapport à l'angle de 70∘ : la hauteur est le côté OPPOSÉ, la distance au mur est le côté ADJACENT, et l'échelle est l'HYPOTÉNUSE.
Pourquoi
Cette ligne est la seule qui décide de tout le reste. Écrite avant le moindre calcul, elle rend le choix du rapport mécanique, et elle vaut un point de méthode.
Étape 2
Hauteur : opposé et hypoténuse, donc sinus. sin(70∘)=5h, donc h=5×sin(70∘)≈4,70 m.
Pourquoi
L'inconnue est au numérateur, on multiplie. Contrôle immédiat : 4,70 est plus petit que 5, ce qui est obligatoire puisque 5 est l'hypoténuse.
Étape 3
Distance au mur : adjacent et hypoténuse, donc cosinus. cos(70∘)=5d, donc d=5×cos(70∘)≈1,71 m.
Pourquoi
On change de rapport parce qu'on change de côté, pas parce qu'on change de question. Le résultat est petit, ce qui est cohérent avec une échelle très redressée.
Étape 4
Angle avec le mur : les deux angles aigus sont complémentaires, donc 90∘−70∘=20∘.
Pourquoi
Aucune touche de trigonométrie n'est nécessaire ici : une soustraction suffit. Chercher ce troisième angle avec un rapport est une perte de temps et une source d'erreurs.
Étape 5
Vérification par Pythagore : 4,702+1,712=22,09+2,92=25,01, à comparer à 52=25.
Pourquoi
Le contrôle est indépendant des deux rapports utilisés : il attrape aussi bien une inversion sinus-cosinus qu'une calculatrice en radians. L'écart de 0,01 vient seulement des arrondis.
Conclusion rédigée
« L'échelle touche le mur à environ 4,70 m de hauteur, son pied est à environ 1,71 m du mur, et elle forme un angle de 20∘ avec le mur. »
L'erreur classique sur cet exercice : Échanger sinus et cosinus et répondre 1,71 m de hauteur pour une échelle inclinée à 70∘ : une échelle presque verticale qui ne monterait qu'à un mètre soixante-dix est absurde, et le contrôle de bon sens la démasque avant même Pythagore.
À savoir par cœur
•L'HYPOTÉNUSE est le côté opposé à l'angle droit, et c'est toujours le plus long.
•Adjacent et opposé dépendent de l'ANGLE choisi ; l'hypoténuse, non.
•cos=hypadj, sin=hypopp, tan=adjopp.
•Inconnue en HAUT, on multiplie ; inconnue en BAS, on divise.
•Pour un angle aigu, le cosinus et le sinus sont toujours entre 0 et 1.
•Les deux angles aigus sont complémentaires : cos(x)=sin(90∘−x).
•La calculatrice doit être en DEGRÉS : sin(30∘)=0,5 est le test de contrôle.
Questions fréquentes
Comment savoir s'il faut utiliser le cosinus ou le sinus ?
On fixe d'abord l'angle utilisé, puis on nomme les trois côtés par rapport à lui. Si la question fait intervenir le côté adjacent et l'hypoténuse, c'est le cosinus. Si elle fait intervenir le côté opposé et l'hypoténuse, c'est le sinus. Si l'hypoténuse n'intervient pas, c'est la tangente.
Quel est le côté adjacent dans un triangle rectangle ?
C'est le côté qui touche l'angle considéré sans être l'hypoténuse. Il change quand on change d'angle : le côté adjacent à l'un des deux angles aigus est le côté opposé à l'autre. Seule l'hypoténuse, celle qui fait face à l'angle droit, garde son nom quel que soit l'angle choisi.
Pourquoi ma calculatrice donne un résultat faux en trigonométrie ?
Neuf fois sur dix elle est en radians au lieu de degrés. Le test tient en trois secondes : le sinus de trente degrés doit afficher exactement zéro virgule cinq. Si l'écran affiche autre chose, il faut basculer en mode degrés, souvent noté DEG, et refaire tous les calculs.
Que faire quand le cosinus trouvé dépasse 1 ?
C'est impossible pour un angle aigu, donc la fraction a été écrite à l'envers. Le côté adjacent et le côté opposé sont toujours plus courts que l'hypoténuse, donc le quotient est toujours compris entre zéro et un. Il faut reprendre le nommage des côtés et remettre l'hypoténuse au dénominateur.
Comment trouver le deuxième angle aigu d'un triangle rectangle ?
On le soustrait à quatre-vingt-dix degrés, sans aucune touche de trigonométrie. La somme des angles d'un triangle vaut cent quatre-vingts degrés et l'un d'eux vaut déjà quatre-vingt-dix, donc les deux angles aigus se partagent les quatre-vingt-dix degrés restants.
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Exercices corrigés : Trigonométrie : sinus et cosinus
Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.
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